JPH01289283A - 光電変換型半導体素子 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は光信号を電気信号に変換するフォトダイオード
やフォトトランジスタ等の半導体素子に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年光信号を電気信号に変換する型の半導体素子を含む
即ちオプトエレクトロニクス製品は需要が拡大し、この
中でフォトダイオード、フォトトランジスタならびにフ
ォトインタラプタ等の用途も益々増大して重要な位置を
占めているのが現状である。

このフォトダイオードとフォトトランジスタ等のように
光信号を電気信号に変換する型の半導体素子では周辺回
路として必要な増幅回路や波形整形回路等をモノリシッ
クに集積する傾向にある。

このようなフォトダイオードとバイポーラトランジスタ
をモノリシックに形成した素子を第３図により説明する
。

即ちＢを１０”ｃ＋ｓ−”程度含有するＰ型の半導体基
板５０を用意し、その選択的な位置表面には常法により
ｓｂを含有し表面濃度が約１０１＠ｃ「３のｎ＋型不純
物領域５１をＰＥＰ　（Ｐｈｏｔｏ　Ｅｎｇｒａｖｉｎ
ｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）により設置後、エピタキシャル成
長法によりＰを１０１４Ｃ１ｌ−’位含み厚さ約１０μ
■のＮ−エピタキシャル層５２を堆積する。この不純物
領域５１は以後埋込領域５１と記載する。

この埋込領域５１を設置したＮ−エピタキシャル層５２
の表面には熱酸化法によりけい濃酸化物層５３を形成す
るが、場合によっては選択酸化層を形成する。

Ｎ＋埋込領域５１間のエピタキシャル層５２にいわゆる
素子分離領域５４としてＰ型の導電型不純物であるＢを
ｌＱ１＠ｃ１１−３程度導入して島領域を設置後、その
所定の場所にはＢを１０”ｃ■−１程度導入してＰ領域
５５とベース５６，５７を形成する。この不純物の導入
には拡散工程に代えてイオン注入法を利用することもで
きる。

更にフォトダイオードならびにバイポーラトランジスタ
のエミッタとコレクタ用の窓を再びＰＥＰ工程により形
成してから、砒素をｌＯｏａｍ−’位拡散して各領域５
ｇ、５９，６０，６１．６２を成形する。このようにし
てフォトダイオードならびにバイポーラトランジスタを
半導体基板にモノリシックに形成するが、最終的には各
不純物領域に配線材料としてｌもしくはＡＱ合金６３を
堆積後、絶縁物層６４を積層する。

更に又耐サージ層６５としてネサ膜（ＳｎＯ）や酸化イ
ンジュウム膜を被覆して前述の周辺回路を七ノリシック
に形成し、最終的にはトップ　パッシベイション層とし
てＰＳＧ被膜（図示せず）等を堆積して光電変換型半導
体素子を完成した。

（発明が解決しようとする課題） ところで、半導体装置の応用分野は年々拡大の一途を辿
っているのに対して、その使用環境は益々悪化している
。即ち空中には無数の電磁波が飛交っているのでライン
電源には電源回路の開閉等により発生するサージ電圧が
常に重畳していると考えられる。

この電磁波ならびにサージ電圧による半導体装置の誤動
作を防止する手段としては前述のように絶縁物層を被覆
する配線材料にはオン　チップシールド（Ｏｎ　Ｃｈｉ
ｐ　５ｈｉｅｌｄ）が施されている。その材料にはシー
ルド効果が優れた透光性酸化錫もしくは酸化インジュウ
ムが適用されているが、通常の半導体材料とは異なるの
で特殊な管理がいる外に新たな製造工程も必要になる。

この結果工数増加は不可避となりコスト　アップをもた
らして厳しい経済環境にさらされている光電変換型半導
体素子にとっては極めて不都合な事態を招来する。

本発明は上記欠点を除去する新規な光電変換型半導体素
子を提供し、特に特殊な工程を必要としないでシールド
効果を得ることを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（ｉｌＭを解決するための手段） この目的を達成するのに本発明では網目状の配線材料基
板を半導体表面に被覆した絶縁物層に重ねて設置し、更
に定電位ラインと電気的に接続する手法を採用する。

（作　用） このように本発明に係わる光電変換型半導体素子ではＡ
ρもしくはＡＱ合金からなる配線材料を絶縁物層に積層
して設置すると、所要のサージ耐圧を十分に持たせるこ
とが可能になるとの知見により完成したものである。し
かもこの配線材料はこの素子の基板領域更にいわゆるモ
ジュールではシャーシ等の定電位ラインと電気的に接続
して所定のサージ耐圧を得るものである。

実際には横軸に時間を縦軸にクランプ電圧Ｖｃをトリソ
ノ傾キｄｖ／ｄｔ耐量トシテ２０００Ｖ／　μＩＩ、　
Ｖｃ６００Ｖが得られる。

一方、配線材料を網目状に形成するのは一定の光量を光
電変換型半導体素子に入力するために採用された手段で
あり、更にこの配線材料に隣接して配置する絶縁物層に
より半導体基板との絶縁を確保すると共にこの光入力に
対する吸収も大きくないことを確認した。

この絶縁物層としては熱酸化法あるいは気相成長法によ
り形成する酸化けい素、アルミナならびに窒化けい素等
を単独もしくは複数層として適用することも可能である
。

（実施例） 第１図ならびに第２図により本実施例を詳述する。

この実施例としてはフォトダイオードとバイポーラトラ
ンジスタをモノリシックに半導体基板に形成する光電変
換型半導体素子について説明する。

第１図にあるようにＢを１０”ａｍ−”程度含むｐ型の
シリコン半導体基板１を準備し、その表面の選択的な位
置にｓｂが約１０”ｃｍり含有されたｎ１型不純物領域
２・・・を形成する６次にその表面全体にリンを１０”
ｃ＋１−”程度含む気相成長層３を厚さ１０μ閣位に堆
積する。

この気相成長層３の形成に伴ってｎ型不純物領域２は、
シリコン半導体基板１と気相成長層３の境界部分に埋込
まれていわゆる埋込領域を形成し、このｎ型不純物領域
２は今後埋込領域２と記載する。

この気相成長層３表面に厚さ５０００オングストローム
の酸化けい素層４を熱酸化法により形成後、素子分離領
域５形成予定位置に窓をＰＥＰ工程により設置する。こ
の素子分離領域５は酸化けい素層４の窓からＢを１０１
”　ａｍ−’程度拡散により導入、スランピング工程を
経て形成し、この結果得られる複数の島領域６，７．８
には前述のフォトトランジスタとバイポーラトランジス
タを形成する。

このためこの酸化けい素層４は一旦剥離してから新たに
熱酸化法により酸化けい素層を形成するが、番号は引続
いて４とする。

次に実施するフォトトランジスタとバイポーラトランジ
スタ用のＰＮ接合を形成するのに不可欠な不純物導入は
いわゆるドープドオキサイド（ＤｏｐｅｄＯｘｉｄｅ）
法もしくはイオン注入法をＰ、Ｎ両領域の形成に適用す
る。

先ず前者について説明すると、酸化けい素層４にはＰＥ
Ｐ工程によりｐ導電型領域形成予定位置に窓を形成後、
Ｂを含有したＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）膜を５０００オングストローム
堆積してからこのＢを１０”ｃｍ””程度島領域６，７
．８を構成する気相成長層３内に拡散してｐ導電型領域
９゜１０．１１を形成する。

イオン注入法を利用する場合も熱酸化法により被覆した
酸化けい素層４を剥離して５０００オングストロームの
新しい酸化けい素層を熱酸化法により設けるが、番号は
前述のように引続いて４とする。

次にマスクとして機能するレジスト層を全面に被着後バ
ターニング工程によりｐ導電型領域形成予定位置にＰＥ
Ｐ工程で窓を設置する。ここからＢイオンを注入して前
述の濃度を持つＰ導電型領域９゜１０．１１を形成する
。

これに続いてバイポーラトランジスタとフォトトランジ
スタのエミッタ領域１２．１３ならびにコンタクタ領域
１４，１５．１６を形成する。このプロセスもドープド
オキサイド法とイオン注入法を利用する。

その工程はｐ導電型領域９，１０．１１形成の場合と、
適用する材料と濃度の外は全く同様であるので簡単に説
明すると、前者ではｎ導電型領域で構成するエミッタ領
域１２．１３とコンタクト領域１４，１５，１６を厚さ
５０００オングストロームのＰＳＧ膜からＰを拡散して
１０”ａｍ−”程度の領域を形成する。

又イオン注入法でも新しい酸化けい素層４を５０００オ
ングストローム被覆後、レジスト層被着−バターニング
工程後Ｐをイオン注入して１０”ａｍ−”のｎ導電型領
域１２乃至１６を形成し、この結果フォトダイオードと
バイポーラトランジスタが形成される。

前述の説明から明らかなようにフォトダイオードとバイ
ポーラトラジスタを設置した半導体基板の表面にはドー
プドオキサイド層が酸化けい素層が被覆されており、ｐ
とｎ導電型領域には窓が設置されていない、そこでこの
各領域に対向するドープドオキサイド層もしくは酸化け
い素層にＰＥＰ工程を実施して窓を夫々形成する。

次にフォトダイオードの全面に網目状の配線材料１７形
成工程に移行するが、これには全面にＡΩもしくはｌ−
５ｉ−Ｃｕ等のＡ党合金を厚さ約１．５μ重真空蒸着も
しくはスパッタリング工程で堆積後、通常のＰＥＰ工程
もしくはＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈ
ｉｎｇ）工程によるバターニングにより幅１０μ■、間
隔３０μｍの網目を形成する。このバターニング工程に
より所望の機能を有する様に配線材料１６を溶除して夫
々に電極を設置する。

この網目状の配線材料１７は第１図に示すように素子分
離領域５即ち接地電位（基板電位）である定電位ライン
と電気的に接続する。

更にファイナル　パッシベーション（ＦｉｎａｌＰａ５
ｓｉｖａｔｉｏｎ）としてアンドープ（Ｕｎｄｏｐｓ　
）のＣＶＤ層を積層するが、フォトダイオード部分を開
口する場合もある、 このような網目状の配線材料１６の設置により全光量の
２／３程度がフォトダイオードに入力し更に高いシール
ド効果を発揮することになり、第２図ａはこの網目状の
配線材料の平面図を示しており、第２図すには多層配線
構造の半導体素子を明らかにした。

この図にあるように、フォトダイオードとバイポーラト
ランジスタをシリコン基板に七ノリシックに形成した断
面図が示されている。即ちこの素子では夫々に必要な　
Ｐｅｎ導電型を示す不純物領域を設置機各電極を＾Ｑも
しくはＡＱ合金により形成してから、第１図にあるよう
に層間絶縁膜を堆積してから前述の網目状の配線材料を
形成すると共に第２の配線層１７を堆積する。

この網目状の配線材料は前述のようにＲＩＥ法により前
述の寸法に設置し、又定電位ラインと電気的に接続する
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明では外部ノイズに対する耐性である
シールド効果は特殊な工程なしで実現するものである。

そのｄｖ／ｄｔ耐量は前に記載したように２０００Ｖ／
μｓ、　Ｖｃ＝６００Ｖが達成できるので、空中に電磁
波が飛交う雰囲気中に設置する電源回路の開閉により発
生するサージ耐圧に対して十分保護できる。

しかも、従来のように特殊な材料でなく半導素子の製造
に適用してきた配線材料を採用しているので工数増加と
ならず、更に歩留りも低下する恐れもない、　　。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる半導体素子の断面図。 第２図ａはその要部を示す平面図、第２図すは他の実施
例の断面図、第３図は従来の素子の断面図である。 代理人　弁理士　大　胡　典　夫 斗　　　　　＼ ４１　　’）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光信号を電気信号に変換する受光部をもつ光電変換型
   半導体装置において、ある導電型を示す半導体基板表面
   から内部に反対導電型の不純物を導入して形成する受光
   部に隣接して設置する絶縁物層に配線材料を網目状に積
   層し、この半導体素子の定電位ラインに配線材料を電気
   的に接続することを特徴とする光電変換型半導体素子