JPH0818091A - Semiconductor photoelectric transducer with plurality of photodiodes - Google Patents
Semiconductor photoelectric transducer with plurality of photodiodesInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は複数個のフォトダイオー
ドを有する半導体光電変換素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor photoelectric conversion device having a plurality of photodiodes.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知のように、フォトダイオード等の光
電素子は、半導体基板上にその半導体と反対の導電型を
形成する不純物を、その半導体基板上の所定の領域に拡
散してpn接合部を形成すると共に、そのpn接合部及
びそれとは別異の部位に外部回路に接続する出力端子を
設けて成るものであり、それらの出力端子を外部回路に
接続し、そのpn接合部に光を照射するとその照度に応
じて光電流を発生するので、光量を計測するセンサーや
光学式エンコーダなどの外、論理回路間の絶縁、リモー
トコントロール装置、光通信などに広く用いられてい
る。2. Description of the Related Art As is well known, in a photoelectric element such as a photodiode, an impurity forming a conductivity type opposite to that of a semiconductor on a semiconductor substrate is diffused into a predetermined region on the semiconductor substrate to form a pn junction. And an output terminal connected to an external circuit is provided at the pn junction and a different part from the pn junction, and those output terminals are connected to the external circuit to apply light to the pn junction. When irradiated, it generates a photocurrent according to its illuminance, so it is widely used for sensors for measuring the amount of light, optical encoders, etc., insulation between logic circuits, remote control devices, and optical communication.
【0003】フォトダイオードには、単一のチップ上に
複数のフォトダイオードを設けて成る、所謂、フォトダ
イオードアレイと呼ばれるものがある。このフォトダイ
オードアレイは、互いに独立に作動する複数個のフォト
ダイオードから成り、単独で、又はそれらの出力信号処
理回路などと共に、一つの半導体基板上に形成されるも
のであるが、このフォトダイオードアレイには、二つの
大きな問題点があった。As the photodiode, there is a so-called photodiode array in which a plurality of photodiodes are provided on a single chip. This photodiode array consists of a plurality of photodiodes that operate independently of each other, and is formed on a single semiconductor substrate either alone or together with their output signal processing circuits. Had two major problems.
【0004】その第一の問題点は、フォトダイオード間
の相互干渉、即ち、クロストークである。このクロスト
ークとは、特定のフォトダイオードの出力電流が、隣接
する他のフォトダイオードの作動状態、即ちその受光量
や外部回路のインピーダンスの変動により影響を受ける
という現象である。The first problem is mutual interference between photodiodes, that is, crosstalk. This crosstalk is a phenomenon in which the output current of a specific photodiode is affected by the operating state of another adjacent photodiode, that is, the amount of light received and the impedance of an external circuit.
【0005】典型的な例では、総てのフォトダイオード
に光を均等に照射した状態で、中央部にある特定のフォ
トダイオードの出力端子を電流計に接続し、その特定の
フォトダイオードに隣接するフォトダイオードの出力端
子を短絡した状態から、開放状態に切り換えると、(即
ち、外部インピーダンスを0から無限大とすると)その
特定のフォトダイオードの光電流が数十〜百%増大す
る。この増大分がクロストークである。In a typical example, the output terminal of a specific photodiode in the central portion is connected to an ammeter with all the photodiodes evenly irradiated with light, and the photodiode is adjacent to the specific photodiode. When the output terminal of the photodiode is switched from the short-circuited state to the open state (that is, when the external impedance is changed from 0 to infinity), the photocurrent of the specific photodiode is increased by several tens to 100%. This increase is crosstalk.
【0006】この現象は、隣接するフォトダイオードの
出力端子が短絡されているときは、そのフォトダイオー
ドの光電流は殆ど総て短絡回路を流れるが、その出力回
路が開放されると、光電流が溢流し、外部回路が接続さ
れている近隣のフォトダイオードに集中して流れるため
発生するものである。This phenomenon is because when the output terminals of adjacent photodiodes are short-circuited, almost all the photocurrent of the photodiode flows through the short-circuit circuit, but when the output circuit is opened, the photocurrent is reduced. This occurs because it overflows and concentrates on the neighboring photodiodes to which the external circuit is connected.
【0007】上記のようなクロストーク現象を防止する
簡単かつ有力な方法が、実開昭62−074350号に開示され
ている。これは、pn接合部の間に分離帯領域を設け、
pn接合部を形成するのと同一工程で、そのpn接合部
に拡散させた不純物と同質の不純物を拡散させて分離帯
を形成し、その分離帯を半導体基板に短絡しておき、出
力端子が開放されたとき、溢流する光電流を他のフォト
ダイオードを通すことなく半導体基板に還流させ、これ
によりクロストークを解消しようとするものである。A simple and effective method for preventing the above-described crosstalk phenomenon is disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 62-074350. This provides a separation zone region between the pn junctions,
In the same step as forming the pn junction, impurities having the same quality as the impurities diffused in the pn junction are diffused to form a separation band, and the separation band is short-circuited to the semiconductor substrate. When released, the overflowing photocurrent is circulated to the semiconductor substrate without passing through another photodiode, thereby attempting to eliminate crosstalk.
【0008】この場合、分離帯の特性は、pn接合部と
完全に同一でなくとも良く、単に同一の導電型でありさ
えすれば良いものである。然しながら、pn接合部を形
成する不純物拡散工程で、フォトダイオードのpn接合
部を形成するのと同時に分離帯を形成すれば、余分な工
程を付加することなく、分離帯にはpn接合部に注入さ
れるのと同種の不純物が、それと同濃度で、同じ深さま
で拡散せしめられので好都合である。In this case, the characteristics of the separation band do not have to be completely the same as those of the pn junction, as long as they have the same conductivity type. However, if the isolation band is formed at the same time as the formation of the pn junction of the photodiode in the impurity diffusion step of forming the pn junction, the isolation band is injected into the pn junction without adding an extra step. This is advantageous because impurities of the same kind as the impurities are diffused to the same depth at the same concentration.
【0009】然しながら、この公知の方法では、ある程
度クロストーク現象を抑制できるものの、完全にクロス
トーク現象を防止することは不可能であった。即ち、こ
の公報には、この方法によりクロストークを10%前後に
抑制し得ることが記載されているが、これを実質的に0
とすることは不可能とされていた。However, this known method can suppress the crosstalk phenomenon to some extent, but cannot completely prevent the crosstalk phenomenon. That is, this publication describes that crosstalk can be suppressed to about 10% by this method, but this is substantially reduced to 0%.
It was impossible to say.
【0010】第二の問題点は、このクロストークとは別
に、フォトダイオードの間の不感帯であるべき領域に光
が当たると、少数キャリヤが発生し隣接するフォトダイ
オードのpn接合部に流れ込み、そのため不感帯の受光
量の変化によりドリフトが生じると言う問題である。The second problem is that, apart from this crosstalk, when light hits a region that should be a dead zone between the photodiodes, minority carriers are generated and flow into the pn junction of the adjacent photodiode, which causes This is a problem that drift occurs due to a change in the amount of light received in the dead zone.
【0011】この問題を解決するため、前記の実開昭62
−074350号には、不感帯領域に遮光被覆を設け少数キャ
リヤの発生を抑制する技術が記載されている。このよう
にすればこのドリフトは解消するが、このような遮光被
覆には前記のクロストークを抑制する機能はないと考え
られていた。In order to solve this problem, the above-mentioned actual exploitation 62
No. 074350 describes a technique for suppressing the generation of minority carriers by providing a light-shielding coating in the dead zone region. Although this drift is eliminated by doing so, it has been considered that such a light-shielding coating does not have the function of suppressing the crosstalk.
【0012】又、上記の問題点の外、従来公知のフォト
ダイオードでは、そのpn接合部を形成するため、不純
物の拡散源として一般的にBCl3 を用いているが、こ
れらの拡散源を使用して製造されたフォトダイオードア
レイは歩留まりが悪い上、上記のドリフトなどが一定で
なくバラツキが大きいため、一枚の半導体基板(ウェハ
ー)上に形成される多数のフォトダイオードの光電特性
のバラツキも大きくなり、そのため、チップ間、及び同
一チップ内での有効受光面積が等しい受光部間にも、光
電変換特性に大きなバラツキが生じるという問題もあっ
た。In addition to the above problems, in the conventionally known photodiode, BCl 3 is generally used as the impurity diffusion source to form the pn junction, but these diffusion sources are used. Since the photodiode array manufactured in this way has a poor yield and the above drifts are not constant and vary widely, there are variations in the photoelectric characteristics of many photodiodes formed on one semiconductor substrate (wafer). Therefore, there is a problem in that the photoelectric conversion characteristics greatly vary between chips and also between light receiving portions having the same effective light receiving area in the same chip.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の観点に
立ってなされたものであり、その目的とするところは、
クロストーク現象や不感帯の受光によるドリフトが極め
て少ない上、構成する素子の光電特性が揃った高品質の
フォトダイオードを含む集積回路を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made from the above viewpoint, and its purpose is to:
It is an object of the present invention to provide an integrated circuit including a high-quality photodiode in which a crosstalk phenomenon and a drift due to light reception in a dead zone are extremely small, and photoelectric conversion characteristics of constituent elements are uniform.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】前記の分離帯でクロスト
ークを完全に抑止できなかったのは、分離帯自身がフォ
トダイオードであり、受光すれば相当量の光電流を生じ
るので、その光電流に加えて隣接する本来のフォトダイ
オードからの溢流電流を完全に吸収し、半導体基板に還
流させるには分離帯回路の電流容量が不足するためであ
ることが判明した。The reason why the crosstalk cannot be completely suppressed in the above-mentioned separation band is that the separation band itself is a photodiode, and when receiving light, a considerable amount of photocurrent is generated. In addition, it has been found that the current capacity of the separation band circuit is insufficient to completely absorb the overflow current from the adjacent original photodiode and return it to the semiconductor substrate.
【0015】即ち、分離帯回路の電流容量が不十分であ
るため、分離帯自身が発生する光電流に加えて、隣接す
る本来のフォトダイオードからの溢流電流を完全に吸収
し、半導体基板に還流させることができず、そのため、
外部回路に接続されているフォトダイオードに余分な電
流が溢流することとなり、これがクロストークとなるも
のである。That is, since the current capacity of the separation band circuit is insufficient, in addition to the photocurrent generated by the separation band itself, the overflow current from the original photodiode adjacent to the separation band circuit is completely absorbed, so that the semiconductor substrate is formed. Can't be refluxed, so
Excessive current overflows in the photodiode connected to the external circuit, which causes crosstalk.
【0016】従って、この分離帯に遮光被覆を施し、そ
れ自身がフォトダイオードとして機能せず、光電流を発
生しないようにしておけば、分離帯回路の電流容量に余
裕が生じるから、隣接する本来のフォトダイオードから
の溢流電流を完全に吸収し、半導体基板に還流させるこ
とができるようになるものであり、従ってクロストーク
を完全に抑止できるようになることが判明した。Therefore, if a light-shielding coating is applied to this separation band so that it does not function as a photodiode itself and does not generate a photocurrent, there is a margin in the current capacity of the separation band circuit. It has been found that the overflow current from the photodiode can be completely absorbed and can be circulated back to the semiconductor substrate, so that the crosstalk can be completely suppressed.
【0017】従って、本発明の上記の目的は、一枚の半
導体基板上に形成される複数個のフォトダイオードを形
成するpn接合部の近傍にそのpn接合部と同型の不純
物を拡散させて分離帯を設けると共に、その分離帯表面
に遮光被覆を施すことにより達成される。Therefore, the above-mentioned object of the present invention is to diffuse the impurities of the same type as the pn junction into the vicinity of the pn junction forming a plurality of photodiodes formed on one semiconductor substrate to separate the photodiodes. This is achieved by providing a band and applying a light-shielding coating on the surface of the separation band.
【0018】更に具体的には、本発明の上記の目的は、
下記の構成要素から成る複数個のフォトダイオードを有
する半導体光電変換素子により一層確実に達成される。 (a)半導体基板。 (b)半導体基板の表面の夫々独立した複数の領域に、
その半導体基板とは反対の導電型の不純物を拡散して成
り、それぞれフォトダイオードとして機能する複数のp
n接合部。 (c)上記pn接合部のそれぞれの領域を微小間隙を介
して囲繞するよう画成される分離帯領域に、上記pn接
合部に拡散させた不純物と同質の不純物を拡散させて成
る分離帯。 (d)複数のpn接合部のそれぞれに電気的に接続され
た出力端子。 (e)出力端子のためのコンタクトホールを除き、少な
くとも複数のpn接合部及び分離帯の表面を被覆する酸
化層。 (f)複数のpn接合部の受光面を除き、少なくとも分
離帯の表面を被覆する遮光層。 (g)半導体基板の裏面に設けられる電極。More specifically, the above object of the present invention is to:
This can be achieved more reliably by a semiconductor photoelectric conversion device having a plurality of photodiodes including the following components. (A) Semiconductor substrate. (B) In a plurality of independent regions on the surface of the semiconductor substrate,
It is formed by diffusing impurities of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, and each of the plurality of p functions as a photodiode.
n-junction. (C) A separation band formed by diffusing impurities of the same quality as the impurities diffused in the pn junction into a separation band region defined so as to surround each region of the pn junction with a minute gap. (D) An output terminal electrically connected to each of the plurality of pn junctions. (E) An oxide layer covering the surfaces of at least a plurality of pn junctions and separation bands except for contact holes for output terminals. (F) A light-shielding layer that covers at least the surface of the separation band except the light-receiving surfaces of the plurality of pn junctions. (G) An electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate.
【0019】以下、図面により本発明を具体的に説明す
る。図1は本発明に係る複数個のフォトダイオードを有
する半導体光電変換素子の構成を示す平面図、図2は図
1に示した半導体光電変換素子のII−II断面図、図3は
図1に示した半導体光電変換素子のIII−III断面図であ
る。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1 is a plan view showing the configuration of a semiconductor photoelectric conversion device having a plurality of photodiodes according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the semiconductor photoelectric conversion device shown in FIG. 1, and FIG. It is a III-III sectional view of the semiconductor photoelectric conversion element shown.
【0020】而して、図中、1は半導体基板、2−1、
2−2及び2−3(以下、2−iとする)は基板1上に
設けられるフォトダイオード、3は分離帯、4−1、4
−2及び4−3(以下、4−iとする)はフォトダイオ
ード2−iに対応してそれぞれ設けられた出力端子、5
は酸化層、6はフォトダイオード2−iの受光面以外を
被覆する遮光層、7は半導体基板の裏面に設けられた電
極、8は分離帯3を電極7に短絡するための接続端子で
ある。In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2-1,
2-2 and 2-3 (hereinafter, referred to as 2-i) are photodiodes provided on the substrate 1, 3 is a separation band, 4-1, 4
-2 and 4-3 (hereinafter referred to as 4-i) are output terminals 5 respectively provided corresponding to the photodiode 2-i.
Is an oxide layer, 6 is a light-shielding layer that covers a portion other than the light-receiving surface of the photodiode 2-i, 7 is an electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate, and 8 is a connection terminal for short-circuiting the separation band 3 to the electrode 7. .
【0021】フォトダイオード2−iの受光部には夫々
出力端子4−iが設けられており、それらはそれぞれ図
示されていない外部回路を介して電極7に接続される。
分離帯3は、フォトダイオード2−iの受光面を出来る
だけ完全に囲むよう、かつ、pn接合部との間の間隙が
出来るだけ小さくなるよう設けることが望ましいが、p
n接合部が一列に排列されているようなときは、それら
の間の光電流回路を遮断できるように設ければ足りるも
のである。而して、分離帯3は、図示されていないコン
タクトホールなどにより、電極7に短絡される。Output terminals 4-i are provided in the light receiving portions of the photodiodes 2-i, and they are respectively connected to the electrodes 7 through external circuits (not shown).
It is desirable that the separation band 3 be provided so as to completely surround the light receiving surface of the photodiode 2-i and that the gap between the separation band 3 and the pn junction is as small as possible.
When the n-junctions are arranged in a line, it is sufficient to provide them so that the photocurrent circuit between them can be cut off. Thus, the separation band 3 is short-circuited to the electrode 7 by a contact hole or the like (not shown).
【0022】又、遮光層6は、分離帯3を完全に被覆、
遮光すると共に、フォトダイオード2−iの受光部の周
囲の不感帯をも出来るだけ完全に被覆、遮光するように
設ける。遮光層6は、フォトダイオード2−iの受光部
の周辺部に多少重なっても支障はない。酸化層5を設け
るのは、遮光層6を形成するとき、その金属イオンが半
導体基板1に浸透、拡散しないようにするためである。The light-shielding layer 6 completely covers the separation band 3,
In addition to shielding the light, the dead zone around the light receiving portion of the photodiode 2-i is provided so as to completely cover and shield the light as much as possible. There is no problem even if the light shielding layer 6 slightly overlaps the peripheral portion of the light receiving portion of the photodiode 2-i. The oxide layer 5 is provided in order to prevent the metal ions from penetrating and diffusing into the semiconductor substrate 1 when the light shielding layer 6 is formed.
【0023】以下、このようなフォトダイオードアレイ
の製造方法、従来公知のものとの比較試験の結果に就い
て述べる。本発明にかかるフォトダイオードを製造する
ときは半導体基板の導電型がn型の場合、通常の製造工
程(熱酸化、酸化膜窓開け、p型不純物拡散、コンタク
トホール開け、Al蒸着、Alエッチング、裏面電極蒸
着)でフォトダイオードアレイを製造する際、各pn接
合部間に、p型不純物拡散層から成る分離帯を設けるも
のである。半導体基板の導電型がp型の場合は、フォト
ダイオード2−i及び分離帯3の不純物拡散層の導電型
は当然n型となる。The method of manufacturing such a photodiode array and the result of a comparative test with a conventionally known method will be described below. When manufacturing the photodiode according to the present invention, when the conductivity type of the semiconductor substrate is n-type, a normal manufacturing process (thermal oxidation, oxide film window opening, p-type impurity diffusion, contact hole opening, Al vapor deposition, Al etching, When a photodiode array is manufactured by rear surface electrode deposition), a separation band composed of a p-type impurity diffusion layer is provided between each pn junction. When the conductivity type of the semiconductor substrate is p-type, the conductivity type of the impurity diffusion layer of the photodiode 2-i and the separation band 3 is naturally n-type.
【0024】次に、半導体基板の導電型がn型の場合を
例に取って、本発明に係るフォトダイオードアレイの製
造例を説明する。比抵抗が 0.001〜1000Ωcmで、導電型
がn型の半導体基板の受光面側に、熱酸化法により酸化
膜(SiO2 )を数千オングストロームまで成長させ
る。熱酸化は600 〜1200℃の範囲で行い、酸化雰囲気に
はウェットO2 またはドライO2 を用いる。Next, an example of manufacturing the photodiode array according to the present invention will be described by taking the case where the conductivity type of the semiconductor substrate is n-type as an example. An oxide film (SiO 2 ) is grown to a thickness of several thousand angstroms on the light receiving surface side of a semiconductor substrate having a specific resistance of 0.001 to 1000 Ωcm and an n type conductivity by a thermal oxidation method. Thermal oxidation is performed in the range of 600 to 1200 ° C., and wet O 2 or dry O 2 is used as the oxidizing atmosphere.
【0025】次に、p型の不純物を拡散させるために、
酸化層にフォトダイオードを構成させるに必要な部分に
窓開けを行う。窓開けを行うには、まずフォトレジスト
(感光性樹脂)を酸化層上に薄く均一に塗布し、UV光
に対し不透明な部分と透明な部分とからなるフォトマス
クをウェハー上に配置する。フォトマスクにはフォトダ
イオードを構成する部分と分離帯を構成する部分が不透
明な遮光部分となっている。Next, in order to diffuse the p-type impurities,
A window is formed in a portion of the oxide layer that is necessary to form a photodiode. To open the window, first, a photoresist (photosensitive resin) is applied thinly and uniformly on the oxide layer, and a photomask consisting of a portion opaque to UV light and a transparent portion is placed on the wafer. In the photomask, the portion forming the photodiode and the portion forming the separation band are opaque light-shielding portions.
【0026】これにUV光を照射し現像して、UV光の
照射されなかった部分のフォトレジストを除去する。こ
れはフォトレジストとしてネガタイプを用いる例である
が、ポジタイプを用いても何等問題はない。このウェハ
ーをフッ酸(HF)系の処理液でエッチングして、窓と
なる部分のSiO2 を除去し、更に不要なフォトレジス
トは有機溶剤で取り除く。This is irradiated with UV light and developed to remove the photoresist in the portion not irradiated with UV light. This is an example of using a negative type as the photoresist, but there is no problem even if the positive type is used. This wafer is etched with a hydrofluoric acid (HF) -based processing solution to remove the SiO 2 in the window portion, and unnecessary photoresist is removed with an organic solvent.
【0027】次に、p型不純物を熱拡散法によりn型半
導体基板内部に拡散させ、フォトダイオードのpn接合
部及び分離帯を形成する。拡散源としてはポリボロンフ
ィルム、BN、B2 H6 、B2 O3 等を用い、拡散炉内
で1000〜1200℃の雰囲気で拡散させる。p型不純物の拡
散源としてはBCl3 もあるが、この拡散源は歩留まり
の低下を招くので推奨されない。Next, p-type impurities are diffused inside the n-type semiconductor substrate by a thermal diffusion method to form a pn junction portion and a separation band of the photodiode. Polyboron film as a diffusion source, BN, using B 2 H 6, B 2 O 3 or the like, is diffused in an atmosphere of 1000 to 1200 ° C. in a diffusion furnace. There is BCl 3 as a p-type impurity diffusion source, but this diffusion source causes a reduction in yield and is not recommended.
【0028】又、拡散と同時にSiの表面を再度熱酸化
してSiO2 酸化層を全面に形成する。このとき、表面
にBガラス層(BSG)が生じるため、拡散炉から取り
出した後、フッ酸系の処理液を使用してSiO2 の表面
をエッチングする。次に、窓開けとは別のフォトマスク
を使用して、p型層の必要部分(受光部となる部分及び
分離帯となる部分)にコンタクトホールを開ける。この
工程は、酸化層の窓開け工程と同様である。Simultaneously with the diffusion, the surface of Si is again thermally oxidized to form an SiO 2 oxide layer on the entire surface. At this time, since a B glass layer (BSG) is formed on the surface, the surface of SiO 2 is etched using a hydrofluoric acid-based treatment liquid after taking out from the diffusion furnace. Next, using a photomask different from that for opening a window, a contact hole is formed in a necessary portion of the p-type layer (a portion to be a light receiving portion and a portion to be a separation band). This step is the same as the window opening step for the oxide layer.
【0029】次に、ウェハー表面に真空蒸着法、電子ビ
ーム蒸着法、スパッタリング法等を用いて、Alをウェ
ハーの受光面側全面に蒸着させる。Alを蒸着させた
後、配線、電極(ワイヤボンディング用パッド)及び遮
光部を形成するため、Alマスクを使用し、不要なAl
を除去する。不要部分を除去した後、Siとのオーミッ
クコンタクトを図るため、熱処理を行う。熱処理の温度
はAlとSiの共晶温度が577℃であるため、この温
度以下で行う。Next, Al is vapor-deposited on the entire surface of the wafer on the light-receiving surface side by using a vacuum vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a sputtering method or the like on the surface of the wafer. After vapor deposition of Al, an Al mask is used to form wiring, electrodes (pads for wire bonding) and light-shielding parts, and unnecessary Al is used.
Is removed. After removing the unnecessary portion, heat treatment is performed to achieve ohmic contact with Si. Since the eutectic temperature of Al and Si is 577 ° C., the heat treatment is performed below this temperature.
【0030】次に、受光面裏面の電極を形成するため、
ウェハー裏面を酸エッチングし、金属材をAl蒸着と同
等の手段で蒸着させる。金属材としては、例えばAu、
Ni、Ti−Au、Ni−Au等があるが、どれを用い
ても何等問題はない。金属材蒸着後は、オーミックコン
タクトを図るため、Al蒸着工程と同じように熱処理す
る。Next, in order to form electrodes on the back surface of the light receiving surface,
The back surface of the wafer is acid-etched, and a metal material is vapor-deposited by a method equivalent to Al vapor deposition. As the metal material, for example, Au,
Although there are Ni, Ti-Au, Ni-Au, etc., there is no problem in using any of them. After vapor deposition of the metal material, heat treatment is performed in the same manner as the Al vapor deposition step in order to achieve ohmic contact.
【0031】その後、ダイヤモンド・スクライビング、
ダイシング等を用い、個々のフォトダイオードアレイチ
ップに分割する。基準となる半導体基板の導電型がp型
の場合には、n型の不純物を拡散させてpn接合部及び
フォトダイオード分離帯を形成させる。拡散源としては
POCl3 、PH3 、P2 O5 等を用い、900 〜1200℃
の雰囲気で拡散させればよく、不純物拡散工程以外は上
述と同様にすればよい。Then, diamond scribing,
Dividing into individual photodiode array chips by using dicing or the like. When the conductivity type of the reference semiconductor substrate is p-type, n-type impurities are diffused to form a pn junction and a photodiode isolation band. As a diffusion source, POCl 3 , PH 3 , P 2 O 5 or the like is used, and 900 to 1200 ° C.
It suffices to diffuse in an atmosphere of, and the same as above except the impurity diffusion step.
【0032】以下、この本発明に係るフォトダイオード
アレイの性能を確認するため行った試験結果に就いて述
べる。試験に供したフォトダイオードアレイは次の三種
である。 A: 本発明に係る分離帯を有するもの。 B: 分離帯を有しない公知のもの。 C: 分離帯であるべき部分の導電型が本発明とは逆の
もの。 尚、試料は各3個作製し、全試料について同じ実験を実
施した。The results of tests conducted to confirm the performance of the photodiode array according to the present invention will be described below. The photodiode arrays used in the test are the following three types. A: Those having a separator according to the present invention. B: A known material having no separator. C: The conductivity type of the part that should be the separation band is opposite to that of the present invention. Three samples were prepared for each sample, and the same experiment was performed on all the samples.
【0033】これらの試料は分離帯の部分を除き、全く
同様に製造されたものであり、フォトダイオード、絶縁
層及び遮光層の構成はすべて同一である。Si基板とし
ては、大きさ4インチ、厚さ 450μmのn型(ドーパン
トはP)のウェハーを用いた。表面に鏡面加工を施し
た、比抵抗2〜10Ωcm、結晶軸〈111〉のスタンダー
ドタイプのウェハーである。このウェハーを、1150℃、
ウェットO2 雰囲気の炉内に置き、表面にSiO2から
成る絶縁層を6800〜7800オングストロームの厚さに形成
する。These samples were manufactured in exactly the same manner except the part of the separation zone, and the photodiode, the insulating layer and the light shielding layer were all the same in structure. As the Si substrate, an n-type (dopant is P) wafer having a size of 4 inches and a thickness of 450 μm was used. This is a standard type wafer with a specific resistance of 2 to 10 Ωcm and a crystal axis <111>, the surface of which is mirror-finished. This wafer was
It is placed in a furnace in a wet O 2 atmosphere, and an insulating layer made of SiO 2 is formed on the surface to a thickness of 6800 to 7800 Å.
【0034】次に、p型の不純物を拡散させるため、フ
ォトダイオードのpn接合部及びフォトダイオード分離
帯となる部分に窓開けを行う。フォトレジストにはネガ
タイプ(40cp)を、フォトマスクにはガラスマスク
を、現像後の不要なSiO2 の除去にはバッファードフ
ッ酸(BHF、フッ酸+フッ化アンモニウム)を使用し
た。Next, in order to diffuse the p-type impurities, a window is formed in the pn junction of the photodiode and the portion that will be the photodiode separation band. A negative type (40 cp) was used for the photoresist, a glass mask was used for the photomask, and buffered hydrofluoric acid (BHF, hydrofluoric acid + ammonium fluoride) was used for removing unnecessary SiO 2 after development.
【0035】p型不純物の拡散源にはポリボロンフィル
ム(PBF、液状でメチルセロソルブ、水、有機ポリマ
ー、無水ホウ酸から成る)を使用し、スピンコーターで
ウェハー全面に均一に塗布し、1100℃、N2 雰囲気の拡
散炉内に15分間置き、1.8 〜2.2 μmの深さまで拡散さ
せた。BSG層の除去にはフッ酸(HF)を使用し、約
2000オングストロームエッチングした。A polyboron film (PBF, liquid methylcellosolve, water, organic polymer, boric anhydride) was used as a diffusion source of p-type impurities, and was uniformly coated on the entire surface of the wafer by a spin coater, and then at 1100 ° C. , In an N 2 atmosphere for 15 minutes to diffuse to a depth of 1.8 to 2.2 μm. Hydrofluoric acid (HF) is used to remove the BSG layer.
2000 Angstrom etched.
【0036】コンタクトホールを開けた後、ウェハー表
面に電子ビーム(E−Gun)を使用して、Alから成
る遮光層を1.8 〜2.2 μmの厚さまで蒸着させた。蒸着
スピードは35オングストローム/sec である。Al液を
用いて不要部分の遮光層を除去した。その後、SiとA
lとのオーミックコンタクトを計るため、 450℃で30分
間加熱した。After opening the contact holes, a light-shielding layer made of Al was vapor-deposited on the surface of the wafer using an electron beam (E-Gun) to a thickness of 1.8 to 2.2 μm. The deposition rate is 35 Å / sec. The unnecessary portion of the light-shielding layer was removed using an Al liquid. After that, Si and A
The sample was heated at 450 ° C. for 30 minutes to measure ohmic contact with 1.
【0037】次に、裏面電極を形成するために、ウェハ
ー裏面を約0.5 μm、酸エッチングし、金属材であるA
u・As−Auを合計3500オングストローム(Au・A
s2000オングストローム、Au1500オングストローム)
蒸着させた。裏面電極のオーミックコンタクトを形成す
るため、420℃、15分間加熱して行った。尚、試料Cの
分離帯に相当する部分のn型不純物濃度は、基板より高
濃度にしてある。この製造方法は、分離帯部分にn型不
純物を拡散させる工程を加えた以外、試料Aの製造条件
と同じである。n型不純物の拡散はp型不純物を拡散さ
せた後に行った。Next, in order to form a back surface electrode, the back surface of the wafer is acid-etched by about 0.5 μm, and a metal material A is used.
u ・ As-Au totaling 3500 Å (Au ・ A
s2000 angstrom, Au1500 angstrom)
It was vapor-deposited. It was heated at 420 ° C. for 15 minutes to form an ohmic contact of the back surface electrode. The n-type impurity concentration of the portion corresponding to the separation zone of the sample C is higher than that of the substrate. This manufacturing method is the same as the manufacturing conditions of the sample A except that the step of diffusing the n-type impurity in the separation zone is added. The diffusion of the n-type impurity was performed after the diffusion of the p-type impurity.
【0038】n型不純物の拡散源としてはPOCl3 を
用い、1050℃、N2 /O2 雰囲気の拡散炉内に30分間放
置し、3.0 〜4.0 μmの深さまで拡散させた。このよう
にして、図2に示した如きフォトダイオードアレイと、
その比較対照品を製造し、クロストーク現象についての
実験を行った。各受光部の大きさは0.2 × 0.7mm、各受
光部間の間隔は 0.1mm、受光部と遮光層との間隔は10μ
m、pn接合部と分離帯との間隔は30μmである。POCl 3 was used as a diffusion source of n-type impurities, and it was left in a diffusion furnace at 1050 ° C. in an N 2 / O 2 atmosphere for 30 minutes to diffuse to a depth of 3.0 to 4.0 μm. In this way, the photodiode array as shown in FIG.
The comparative product was manufactured and an experiment on the crosstalk phenomenon was conducted. The size of each light receiving part is 0.2 × 0.7 mm, the distance between each light receiving part is 0.1 mm, and the distance between the light receiving part and the light shielding layer is 10 μ.
The distance between the m, pn junction and the separation band is 30 μm.
【0039】この実験は、光源としてタングステンラン
プを用いて、上記フォトダイオードアレイの全面に1000
Lxとなるように光を照射し、出力端子4―1及び4―
3を裏面電極と短絡、又は開放した状態で、出力端子4
−2の電流値を測定した。この実験の結果を表1に示
す。出力端子4−1、4−3を裏面電極に短絡した状態
から開放状態に切換えたとき、出力端子4―2からの出
力の増大分がクロストークである。この表のクロストー
クの数値は、出力端子4−1、4−3を裏面電極と短絡
した状態から開放に切り換えた時の出力端子4−2から
の光電流の増加量及び短絡時の電流に対する百分比であ
る。本発明品の場合、クロストークは測定誤差範囲内で
0であると認められる値であり、クロストーク現象が無
いことが判る。In this experiment, a tungsten lamp was used as a light source, and the entire surface of the photodiode array was 1000
Light is emitted so as to be Lx, and output terminals 4-1 and 4-
3 is short-circuited with the back electrode, or open, and output terminal 4
A current value of −2 was measured. The results of this experiment are shown in Table 1. When the output terminals 4-1 and 4-3 are switched from the state in which they are short-circuited to the back electrode to the open state, the increase in the output from the output terminal 4-2 is crosstalk. The crosstalk values in this table correspond to the amount of increase in the photocurrent from the output terminal 4-2 when the output terminals 4-1 and 4-3 are switched to the open state from the state where the output terminals 4-1 and 4-3 are short-circuited, and the current at the time of short circuit. It is a percentage. In the case of the product of the present invention, the crosstalk is a value recognized to be 0 within the measurement error range, and it can be seen that there is no crosstalk phenomenon.
【表1】 I0は出力端子4-1、4-3を開放したときの端子4-2の出力
電流。ISは出力端子4-1、4-3を裏面電極7に短絡したと
きの端子4-2の出力電流[Table 1] I 0 is the output current of terminal 4-2 when output terminals 4-1 and 4-3 are opened. I S is the output current of terminal 4-2 when output terminals 4-1 and 4-3 are short-circuited to back electrode 7.
【0040】比較例A、即ち、分離帯を有しない公知の
ものでは、不感帯部分に遮光層が存在していても、約10
%に上るクロストークがあることが確認された。更に
又、比較例B、即ち、分離帯である部分の導電型がn型
であるフォトダイオードアレイでは、クロストークは平
均14.3%に上り、却ってクロストーク現象が増大するこ
とが判る。又、本発明に於いては、表2に示す如く形成
されるフォトダイオードの光電特性が極めて安定し、バ
ラツキが約20分の1に減少すると言う効果もある。In Comparative Example A, that is, the known one having no separation zone, even if the light-shielding layer is present in the dead zone, it is about 10
It was confirmed that there was as much crosstalk as possible. Furthermore, in Comparative Example B, that is, in the photodiode array in which the conductivity type of the part that is the separation band is n-type, the crosstalk increases to 14.3% on average, and conversely the crosstalk phenomenon increases. Further, in the present invention, there is also an effect that the photoelectric characteristics of the photodiode formed as shown in Table 2 are extremely stable and the variation is reduced to about 1/20.
【表2】 [Table 2]
【0041】[0041]
【発明の効果】上記の如く、本発明によれば、簡単な構
造によりクロストーク現象及び不感帯の照射光によるド
リフトをほぼ完全に抑制し得ると共に、フォトダイオー
ドの光電変換特性を均斉とすることができる。又、この
フォトダイオードは、従来の工法のみで製造し得るの
で、製造コストは従来品と殆ど変わることがない。As described above, according to the present invention, the crosstalk phenomenon and the drift due to the irradiation light in the dead zone can be almost completely suppressed by the simple structure, and the photoelectric conversion characteristics of the photodiode can be made uniform. it can. Further, since this photodiode can be manufactured only by the conventional method, the manufacturing cost is almost the same as that of the conventional product.
【図1】図1は本発明に係る複数個のフォトダイオード
を有する半導体光電変換素子の構成を示す平面図であ
る。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a semiconductor photoelectric conversion element having a plurality of photodiodes according to the present invention.
【図2】図2は図1に示した半導体光電変換素子のII−
II断面図である。FIG. 2 is a view of the semiconductor photoelectric conversion element II- shown in FIG.
It is a II sectional view.
【図3】図3は図1に示した半導体光電変換素子のIII
−III断面図である。FIG. 3 is a diagram of the semiconductor photoelectric conversion element shown in FIG.
-III is a sectional view.
1・・・半導体基板 2−1、2−2、2−3・・・フォトダイオート 3・・・分離帯 4−1、4−2、4−3・・・出力端子 5・・・酸化層 6・・・遮光層 7・・・裏面電極 8・・・分離帯短絡用の接続端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate 2-1, 2-2, 2-3 ... Photo die auto 3 ... Separation band 4-1, 4-2, 4-3 ... Output terminal 5 ... Oxidation Layer 6 ... Shading layer 7 ... Backside electrode 8 ... Separation band short-circuit connection terminal
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/0232 H01L 27/14 Z 31/02 D (72)発明者 宮 地 賢 司 東京都千代田区霞が関三丁目2番5号 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 小 長 井 誠 東京都品川区南大井6−18−1−437Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical indication location H01L 31/0232 H01L 27/14 Z 31/02 D (72) Inventor Kenji Miyaji Kazuga Sekizo, Chiyoda-ku, Tokyo 2-5 Mitsui Toatsu Chemicals Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Konagai 6-18-1-437 Minamioi, Shinagawa-ku, Tokyo
Claims (4)
電変換素子に於いて、各フォトダイオードを形成するp
n接合部の近傍にそれと同型の不純物を拡散させて分離
帯を形成すると共に、各フォトダイオードの受光面を除
き少なくとも分離帯表面に遮光被覆を設けて成る上記の
半導体光電変換素子。1. In a semiconductor photoelectric conversion device having a plurality of photodiodes, p forming each photodiode.
The semiconductor photoelectric conversion device as described above, wherein an impurity of the same type as that is diffused in the vicinity of the n-junction portion to form a separation band, and at least the surface of the separation band except the light receiving surface of each photodiode is provided with a light-shielding coating.
イオードを有する半導体光電変換素子。 (a)半導体基板(1)。 (b)半導体基板(1)の表面の夫々独立した複数の領
域に、その半導体基板(1)とは反対の導電型の不純物
を拡散して成り、それぞれフォトダイオードとして機能
する複数のpn接合部(2−1、2−2、2−3)。 (c)上記pn接合部(2−1、2−2、2−3)のそ
れぞれの領域を微小間隙を介して囲繞するよう画成され
る分離帯領域に、上記pn接合部(2−1、2−2、2
−3)に拡散させた不純物と同質の不純物を、拡散させ
て成る分離帯(3)。 (d)複数のpn接合部(2−1、2−2、2−3)の
それぞれに電気的に接続された出力端子(4−1、4−
2、4−3)。 (e)出力端子(4−1、4−2、4−3)のためのコ
ンタクトホールを除き、少なくとも複数のpn接合部
(2−1、2−2、2−3)及び分離帯(3)の表面を
被覆する酸化層(5)。 (f)複数のpn接合部(2−1、2−2、2−3)の
受光面を除き、少なくとも分離帯(3)の表面を被覆す
る遮光層(6)。 (g)半導体基板(1)の裏面に設けられる電極
(7)。2. A semiconductor photoelectric conversion device having a plurality of photodiodes comprising the following constituent elements. (A) Semiconductor substrate (1). (B) A plurality of pn junctions, which are formed by diffusing impurities of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate (1) into a plurality of independent regions on the surface of the semiconductor substrate (1), each of which functions as a photodiode. (2-1, 2-2, 2-3). (C) The pn junction (2-1) is formed in a separation band region defined so as to surround each region of the pn junction (2-1, 2-2, 2-3) with a minute gap. 2-2, 2
Separation band (3) formed by diffusing impurities of the same quality as the impurities diffused in -3). (D) Output terminals (4-1, 4-) electrically connected to each of the plurality of pn junctions (2-1, 2-2, 2-3).
2, 4-3). (E) Excluding contact holes for the output terminals (4-1, 4-2, 4-3), at least a plurality of pn junctions (2-1, 2-2, 2-3) and separation bands (3). An oxide layer (5) covering the surface of (F) A light-shielding layer (6) that covers at least the surface of the separation band (3) except the light-receiving surfaces of the plurality of pn junctions (2-1, 2-2, 2-3). (G) An electrode (7) provided on the back surface of the semiconductor substrate (1).
がSiO2 から成る請求項2に記載の複数のフォトダイ
オードを有する半導体光電変換素子。3. The semiconductor substrate (1) is Si, an oxide layer (5)
A semiconductor photoelectric conversion device having a plurality of photodiodes according to claim 2 , wherein is made of SiO 2 .
請求項2又は3に記載の複数のフォトダイオードを有す
る半導体光電変換素子。4. A semiconductor photoelectric conversion device having a plurality of photodiodes according to claim 2, wherein the separation band (3) is short-circuited to the electrode (7).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6149924A JPH0818091A (en) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | Semiconductor photoelectric transducer with plurality of photodiodes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6149924A JPH0818091A (en) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | Semiconductor photoelectric transducer with plurality of photodiodes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0818091A true JPH0818091A (en) | 1996-01-19 |
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ID=15485562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP6149924A Pending JPH0818091A (en) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | Semiconductor photoelectric transducer with plurality of photodiodes |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0818091A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09257685A (en) * | 1996-03-26 | 1997-10-03 | Horiba Ltd | Photodetector |
US6462328B2 (en) | 2000-08-08 | 2002-10-08 | Denso Corporation | Photo-detection sensor and method of manufacturing the same |
KR100527969B1 (en) * | 1997-02-25 | 2006-01-27 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | Optical receiver |
JP2006080381A (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Nec Electronics Corp | Ccd imaging device |
JP2006093442A (en) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Hamamatsu Photonics Kk | Photodiode, photodiode array, method for manufacturing the same and spectroscope |
KR100652038B1 (en) * | 2000-11-16 | 2006-11-30 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Method for fabricating liquid crystal display panel |
WO2009025048A1 (en) * | 2007-08-22 | 2009-02-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical semiconductor device |
JPWO2019097839A1 (en) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device |
CN114141886A (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-04 | 江苏尚飞光电科技股份有限公司 | Avalanche photodiode array detector |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP6149924A patent/JPH0818091A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09257685A (en) * | 1996-03-26 | 1997-10-03 | Horiba Ltd | Photodetector |
KR100527969B1 (en) * | 1997-02-25 | 2006-01-27 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | Optical receiver |
US6462328B2 (en) | 2000-08-08 | 2002-10-08 | Denso Corporation | Photo-detection sensor and method of manufacturing the same |
KR100652038B1 (en) * | 2000-11-16 | 2006-11-30 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Method for fabricating liquid crystal display panel |
JP2006080381A (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Nec Electronics Corp | Ccd imaging device |
JP2006093442A (en) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Hamamatsu Photonics Kk | Photodiode, photodiode array, method for manufacturing the same and spectroscope |
WO2009025048A1 (en) * | 2007-08-22 | 2009-02-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical semiconductor device |
JPWO2019097839A1 (en) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device |
US11482637B2 (en) | 2017-11-15 | 2022-10-25 | Kaneka Corporation | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device |
CN114141886A (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-04 | 江苏尚飞光电科技股份有限公司 | Avalanche photodiode array detector |
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