(57)【要約】【課題】入射光を遮ることなく、電磁ノイズをシールドすることができる半導体受光素子であって、受光素子とポリシリコン膜とがショートすることを回避し、かつ、受光素子のカソードとポリシリコン膜との間に発生する寄生容量を低減し、これによって、受光素子に接続される増幅器の動作の安定化を図ることができる半導体受光素子を提供する。【解決手段】Ｐ型基板１に形成されたＰＮ接合部４ａを有する受光素子４と、受光素子４を覆うＬＯＣＯＳ酸化膜５ａよりなる絶縁部と、絶縁部上に形成された透光性導電膜としてのポリシリコン膜８と、透光性導電膜に接続され、ＧＮＤ電位に固定するための電極７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成されたＰＮ接合部を有する受光素子と、
前記受光素子を覆うＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる絶縁部と、
前記絶縁部上に形成された透光性導電膜と、
前記透光性導電膜に接して形成され、ＧＮＤ電位に固定するため電極と
を備える半導体受光素子。
【請求項２】
前記受光素子の周辺部に形成されるＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる素子分離部をさらに備え、
前記絶縁部と前記素子分離部の膜厚が略同一である
請求項１記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記透光性導電膜は、前記絶縁部の上面のうち、周辺部を除いた中央部の上に形成されている
請求項１または２記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記透光性導電膜は、ポリシリコン膜である
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体受光素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体受光素子と、
前記基板上に形成され、前記半導体受光素子で発生した電流信号を電圧信号に変換する増幅器と
を備える半導体装置。
【請求項６】
さらに、前記増幅器または前記受光素子に接続される、前記透光性導電膜と同一材料の抵抗素子を備える
請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体基板にＰＮ接合部を有する受光素子を形成する工程と、
前記受光素子を覆うＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる絶縁部を形成する工程と、
前記受光素子の周辺部にＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる素子分離部を形成する工程と、
前記絶縁部上に透光性導電膜を形成する工程とを備え、
前記絶縁部を構成するＬＯＣＯＳ酸化膜と前記素子分離部を構成するＬＯＣＯＳ酸化膜とは、同時に形成される
半導体受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリモコンや光電スイッチなどの光センサーに使用される半導体受光素子等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リモコンや光電スイッチなどの光センサーにおいては赤外ＬＥＤの照射光やその反射光といった微小な電流信号を扱うため、電磁ノイズなど、外来ノイズの影響を受けやすいという課題がある。このような課題への一般的な対策として、遮光用メタル層をＧＮＤ電位に固定することで電磁ノイズからシールドすることが考えられるが、受光素子の場合はメタル層で遮光されることにより光入射の妨げとなってしまう。
【０００３】
このため、入射光を遮ることなく、電磁ノイズをシールドする半導体受光素子が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。特許文献１では、図４のように、半導体受光素子１００は、半導体基板１１３に形成された受光部１１３ａの表面を覆う絶縁膜１１４および１１４ａ上にポリシリコン膜１１６を被着した構造を有する。ここで、このポリシリコン膜１１６をＧＮＤ電位に固定することで、シールド構造により、電磁ノイズの影響を低減している。このような構成において、ポリシリコン膜１１６は赤外ＬＥＤの波長（９００ｎｍ〜１０００ｎｍ）に対して高い透過率があり、また不純物ドープにより導電性を有するため、ポリシリコン膜１１６が受光部１１３ａへの入射光を遮ることなく、しかも、ポリシリコン膜１１６をＧＮＤ電位に固定したシールド構造により、電磁ノイズなどの影響を低減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１２５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような構造により、受光部１１３ａを電磁ノイズなどの外来ノイズからシールドすることが可能となるが、この従来の技術には以下の問題点がある。つまり、受光部１１３ａとポリシリコン膜１１６の間の絶縁膜１１４および１１４ａとして用いられるＳｉＯ２膜は、製造工程上、数十ｎｍの厚さであるにもかかわらず、光センサー用の受光部分の面積は５００ｕｍ×５００ｕｍ以上の大きさであることが多く、そのために、ＳｉＯ２膜の酸化工程のばらつきやパーティクルの影響などで絶縁膜１１４および１１４ａにおいて局部的に薄い部分が発生し、最悪の場合はポリシリコン膜１１６と受光部１１３ａを構成するエピタキシャル層とがショートすることで半導体受光素子としての機能を果たせなくなる可能性がある。
【０００６】
また、受光部１１３ａのカソード（信号を出力する側としてのＮ型半導体）とポリシリコン膜１１６の間に生じる寄生容量は、絶縁膜１１４ａの厚さに反比例して大きくなるため、光入射によって発生した電流信号を電圧信号に変換する目的で半導体受光素子１００に接続される増幅器に対して、入力容量負荷の増大となる。そのために、増幅動作が不安定になり、増幅器が発振してしまう可能性もある。
【０００７】
ここで、これらの問題を回避するため、絶縁膜１１４および１１４ａとして用いられるＳｉＯ２膜を単純に厚膜化する方法が考えられるが、ＳｉＯ２膜の厚膜化のためには、酸化時間を長くする必要が生じると共に、半導体基板１１３の表面に拡散された拡散層とメタル電極のコンタクトホール形成のためのＳｉＯ２膜のエッチング時間が長くなるといった課題が発生する。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題を解消するためのもので、第一に、入射光を遮ることなく、電磁ノイズをシールドすることができる半導体受光素子であって、受光素子とポリシリコン膜とがショートすることを回避し、かつ、受光素子のカソードとポリシリコン膜との間に発生する寄生容量を低減し、これによって、受光素子に接続される増幅器の動作の安定化を図ることができる半導体受光素子を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、第二には、新たに特別な工程を追加することなく上記第一の目的を実現する半導体受光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る半導体受光素子の一形態は、半導体基板に形成されたＰＮ接合部を有する受光素子と、前記受光素子を覆うＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる絶縁部と、前記絶縁部上に形成された透光性導電膜と、前記透光性導電膜に接して形成され、ＧＮＤ電位に固定するため電極とを備える。
【００１１】
これにより、従来と同様なシールド構造（ＧＮＤ電位に固定される透光性導電膜）により、受光部への電磁ノイズなどの影響が低減されるだけでなく、以下の効果が奏される。
【００１２】
つまり、受光素子と透光性導電膜との間の絶縁膜としてＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）酸化膜を用いることで、必要な場所にのみＬＯＣＯＳ酸化膜の厚膜化が行えるため、従来技術の延長で単純に酸化膜の厚膜化した場合に比べコンタクトホールの形成が容易になる。これに加えて、ＬＯＣＯＳ酸化膜の厚膜化により、製造工程上の問題から生じる受光素子とポリシリコン膜とのショートを防止できると共に、受光素子とシールド層（透光性導電膜）との間に生じる寄生容量を低減することができるため、受光素子に接続される増幅器などの動作の安定化を実現することができる。よって、上記第一の目的が達成される。
【００１３】
ここで、前記受光素子の周辺部に形成されるＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる素子分離部をさらに備え、前記絶縁部と前記素子分離部の膜厚が略同一であってもよい。つまり、絶縁部と素子分離部とを同一材料で、同時に形成してもよい。これにより、特別な工程を追加することなく、本発明に係る特徴的な半導体受光素子が完成される。
【００１４】
また、前記透光性導電膜は、前記絶縁部の上面のうち、周辺部を除いた中央部の上に形成されているのが好ましい。これにより、透光性導電膜が絶縁部の上面のうち中央部の上にだけ形成されるので、透光性導電膜が受光素子等に異常接触してしまうことが確実に回避される。
【００１５】
また、前記透光性導電膜は、ポリシリコン膜であるのが好ましい。これにより、容易に、透光性と導電性とを兼ね備える膜（透光性導電膜）が製作される。
【００１６】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る半導体受光素子の製造方法の一形態は、半導体基板にＰＮ接合部を有する受光素子を形成する工程と、前記受光素子を覆うＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる絶縁部を形成する工程と、前記受光素子の周辺部にＬＯＣＯＳ酸化膜よりなる素子分離部を形成する工程と、前記絶縁部上に透光性導電膜を形成する工程とを備え、前記絶縁部を構成するＬＯＣＯＳ酸化膜と前記素子分離部を構成するＬＯＣＯＳ酸化膜とは、同時に形成される。
【００１７】
これにより、受光素子上のＬＯＣＯＳ酸化膜は、素子分離のために形成されるＬＯＣＯＳ酸化膜と同時に形成されるため、特別な工程を追加することなく容易に上記の特徴的な構造を備える半導体受光素子を実現することが可能となる。よって、上記第二の目的が達成される。
【００１８】
なお、本発明は、半導体受光素子およびその製造方法として実現されるだけでなく、上述のいずれかの半導体受光素子と、前記基板上に形成され、前記半導体受光素子で発生した電流信号を電圧信号に変換する増幅器とを備える半導体装置として実現したり、その半導体装置の製造方法として実現したりすることもできる。
【００１９】
このとき、上記半導体装置において、さらに、前記増幅器または前記受光素子に接続される、前記透光性導電膜と同一材料の抵抗素子を備えてもよい。つまり、透光性導電膜と抵抗素子とを同一材料で、同時に形成してもよい。これにより、少ない製造工程で、半導体受光素子、増幅器および抵抗素子を備える半導体装置が完成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る半導体受光素子等により、入射光を遮ることなく、電磁ノイズをシールドすることができるだけでなく、安定したシールド層の形成が可能になると共に、シールド構造であることで受光素子のカソードとＧＮＤ間に生じる寄生容量については、低減する効果を得ることができる。
【００２１】
また、本発明に係る半導体受光素子の製造方法により、新たに特別な工程を追加することなく、上記特徴を有する半導体受光素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す断面図
【図２Ａ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順を示す断面図
【図２Ｂ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順（続き）を示す断面図
【図２Ｃ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順（続き）を示す断面図
【図２Ｄ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順（続き）を示す断面図
【図２Ｅ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順（続き）を示す断面図
【図２Ｆ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順（続き）を示す断面図
【図２Ｇ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順（続き）を示す断面図
【図２Ｈ】同半導体受光素子の一例としての製造方法の工程順（続き）を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す断面図
【図４】従来の半導体受光素子の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体受光素子２０を示す断面図である。この半導体受光素子２０は、主要部として、半導体基板（Ｐ型基板１）に形成されたＰＮ接合部４ａを有する受光素子４と、受光素子４を覆うＬＯＣＯＳ酸化膜５ａよりなる絶縁部と、絶縁部上に形成された透光性導電膜（ポリシリコン膜８）と、透光性導電膜に接続され、ＧＮＤ電位に固定するための電極７とを備える。以下、半導体受光素子２０の詳細な構造を説明する。
【００２５】
この半導体受光素子２０では、シリコン等からなる半導体基板の一例であるＰ型基板１上にＮ型エピタキシャル層３が成長されている。これにより、Ｐ型基板１とＮ型エピタキシャル層３とのＰＮ接合部４ａを有する受光素子４が構成される。受光素子４の周辺にはＰ型拡散領域２が形成され、受光素子４の表面とＰ型拡散領域２の上部には、ＬＯＣＯＳ酸化膜５および５ａが形成される。なお、ＬＯＣＯＳ酸化膜５ａは、受光素子４と、その上方に積層される層（ここでは、ポリシリコン膜８）との絶縁を確保するための絶縁部として機能する。また、ＬＯＣＯＳ酸化膜５は、受光素子４と、隣接する回路との間を絶縁するために受光素子４の周辺部に形成された素子分離部として機能する。
【００２６】
受光素子４上に形成されたＬＯＣＯＳ酸化膜５ａの上面のうち、膜厚の薄い周辺部を除いた中央部の上には、不純物をドープすることよって、赤外光に対して高い透過率を持つ透光性導電膜の一例である、導電性を持つポリシリコン膜８が形成される。なお、ＬＯＣＯＳ酸化膜５ａの上面のうち中央部の上にだけポリシリコン膜８を形成するのは、透光性導電膜としてのポリシリコン膜８が受光素子４等に異常接触してしまうことを確実に回避するためである。
【００２７】
Ｎ型エピタキシャル層３とＰ型拡散領域２上には、それぞれ、端子１１ａに接続されるカソード電極１１、ＧＮＤに接続するための端子１０ａに接続されるアノード電極１０が形成されている。また、ポリシリコン膜８上には、ポリシリコン膜８に接して電極７が形成されている。以上の構成要素の表面には、窒化シリコンなどの保護膜１３が形成される。
【００２８】
なお、アノード電極１０と電極７とは電気的に接続され、端子１０ａを介して、ＧＮＤに接続される。このように、アノード電極１０とポリシリコン膜８上の電極７とが共にＧＮＤ電位に固定されることで、ポリシリコン膜８が受光素子４に対するシールド層（電磁シールド）の役目を果たす。
【００２９】
以上のように、本実施の形態によれば、受光素子４とポリシリコン膜８の間に形成されるＬＯＣＯＳ酸化膜５ａの膜厚は通常５００ｎｍ程度であり、従来の酸化膜に対して数十倍の厚さであるため、製造工程上の問題から生じる受光素子４とポリシリコン膜８とのショートを防止できると共に受光素子４のカソード（つまり、Ｎ型エピタキシャル層３）とポリシリコン膜８の間に発生する寄生容量の値は数十分の１に低減できるため、受光素子４に接続される増幅器（図示されず）などの動作の安定化が可能となる。
【００３０】
なお、受光素子４は、Ｎ型エピタキシャル層３の代わりにＮ型拡散層で構成することも可能である。また、受光素子４は、Ｐ型基板１の代わりにＮ型基板を用い、Ｎ型エピタキシャル層３の代わりにＰ型エピタキシャル層もしくはＰ型拡散層から構成されても良い。
【００３１】
なお本実施形態では、透光性導電膜として、赤外光に対して高い透過率を持つポリシリコン膜８を用いたが、使用する波長によっては、ポリシリコン膜８はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）やＺｎＯ（Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などの可視光に対する透過率の高い透光性導電膜であっても良い。
【００３２】
次に、上記の半導体受光素子２０の製造方法を図２Ａ〜図２Ｈに示す。
【００３３】
まず、図２Ａに示すように、Ｐ型基板１上にＮ型エピタキシャル層３を成長させる。これにより、ＰＮ接合部４ａを有する受光素子４が形成される。
【００３４】
次に、図２Ｂに示すように、シリコン酸化膜１４を成長させた後、その上に一般的なフォトリソグラフィ法を用いて、Ｐ型拡散領域２となる部分を開口するように、シリコン酸化膜１４をエッチングする。
【００３５】
次に、図２Ｃに示すように、ボロン（ホウ素）を注入後、高温アニール処理をしてＰ型拡散領域２を形成し、シリコン酸化膜１４を除去する。
【００３６】
次に、図２Ｄに示すように、表面に薄いシリコン酸化膜１５、窒化シリコン膜１６を続けて成長させた後、その上に一般的なフォトリソグラフィ法を用いて、ＬＯＣＯＳ酸化膜５および５ａを形成する部分を開口するようにシリコン酸化膜１５、窒化シリコン膜１６をエッチングする。
【００３７】
次に、図２Ｅに示すように、高温酸化によって、絶縁部としてのＬＯＣＯＳ酸化膜５ａと素子分離部としてのＬＯＣＯＳ酸化膜５とを同時に形成し、その後、シリコン酸化膜１５、窒化シリコン膜１６を除去する。
【００３８】
次に、図２Ｆに示すように、ポリシリコン膜８を成長させた後、その上に一般的なフォトリソグラフィ法を用いて、ポリシリコン膜８となる部分を開口するように、フォトレジスト膜１７を形成し、リンを注入する。
【００３９】
その後フォトレジスト膜１７を除去し、ポリシリコン膜８を一般的なフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いてパターニングし、ポリシリコン膜８からなる透光性導電膜を形成する。
【００４０】
次に、図２Ｇに示すように、窒化シリコンなどの保護膜１３を形成する。
【００４１】
次に、図２Ｈに示すように、一般的なフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、この保護膜１３にコンタクトホールを設け、このコンタクトホールを通して受光素子４に接続されるアノード電極１０、カソード電極１１、ポリシリコン膜８に接続される電極７をそれぞれ形成する。
【００４２】
以上の工程をまとめると、本実施形態における半導体受光素子２０の製造方法は、少なくとも、半導体基板（Ｐ型基板１）にＰＮ接合部４ａを有する受光素子４を形成する工程（図２Ａ）と、受光素子４を覆うＬＯＣＯＳ酸化膜５ａよりなる絶縁部を形成する工程（図２Ｂ〜図２Ｅ）と、受光素子４の周辺部にＬＯＣＯＳ酸化膜５よりなる素子分離部を形成する工程（図２Ｂ〜図２Ｅ）と、絶縁部上に透光性導電膜（ポリシリコン膜８）を形成する工程（図２Ｆ）とを備え、絶縁部を構成するＬＯＣＯＳ酸化膜５ａと素子分離部を構成するＬＯＣＯＳ酸化膜５とは、同時に形成される（図２Ｂ〜図２Ｅ）ことを特徴とする。
【００４３】
これにより、入射光を遮ることなく、電磁ノイズをシールドすることができる半導体受光素子であって、受光素子４とポリシリコン膜８とがショートすることが回避され、かつ、受光素子４のカソード（Ｎ型エピタキシャル層３）とポリシリコン膜８との間に発生する寄生容量が低減され、これによって、受光素子４に接続される増幅器の動作の安定化を図ることができる半導体受光素子が完成される。
【００４４】
以上のように、本製造方法によれば、ＬＯＣＯＳ酸化膜５による素子分離部の形成と同時に、受光素子４とポリシリコン膜８とを絶縁する絶縁部としてのＬＯＣＯＳ酸化膜５ａが形成される。よって、特別な工程を追加することなく、本実施形態における特徴的な半導体受光素子が完成される。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、本発明の半導体装置について説明する。
【００４６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置３０を示す断面図である。第１の実施形態における半導体受光素子２０と比べ、本実施形態では、光入射によって発生した電流信号を電圧信号に変換する目的で、受光素子４に接続される、トランジスタ等からなる増幅器１２を同一基板（Ｐ型基板１）上に形成している点が異なる。このような構成にすることで受光素子４と増幅器１２の間の配線を短くすることができるため、受光素子４と増幅器１２とを個別の部品として構成した場合に比べ、より電磁ノイズ、ラインノイズなどの外来ノイズからの影響を低減することが可能となる。また、受光素子４と増幅器１２との分離においても、ＬＯＣＯＳ酸化膜５を、第１の実施形態と同様に、素子分離部として利用可能である。
【００４７】
さらに、本実施の形態においては、透光性導電膜であるポリシリコン膜８を、抵抗素子としても利用可能であるという利点がある。つまり、ポリシリコン膜８を、受光素子４（厳密には、アノード電極１０）に接続された抵抗素子として利用したり、図３に示されるポリシリコン膜８と同一工程で作製される別のポリシリコン膜を、受光素子４または増幅器１２に接続される抵抗素子として利用したりしてもよい。
【００４８】
以上、本発明の半導体受光素子及びこれを用いた半導体装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明の半導体受光素子はリモコン、光電スイッチを含む様々な光センサーに利用可能であり、これにより、信頼性が高い半導体装置を実現することができる。つまり、本発明は、リモコン、光電スイッチを含む様々な光センサーの応用品として実現してもよい。
【００４９】
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。さらに、各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせて得られる形態も、本発明に含まれる。
【００５０】
たとえば、上記実施の形態では、受光素子は１個だけ形成されていたが、素子分離部で離隔された複数の領域のそれぞれに受光素子が形成されていてもよい。つまり、本発明に係る半導体受光素子は、２次元状に受光素子が配置された撮像装置等に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る半導体受光素子および半導体装置は、製造上のばらつきに対しても安定したシールド構造をもち、電磁ノイズなどの外来ノイズによる影響を防ぐことができるため、光センサー全般、特にリモコンや光電スイッチなどの用途として有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・Ｐ型基板
２・・・Ｐ型拡散領域
３・・・Ｎ型エピタキシャル層
４・・・受光素子
４ａ・・・ＰＮ接合部
５・・・ＬＯＣＯＳ酸化膜（素子分離部）
５ａ・・・ＬＯＣＯＳ酸化膜（絶縁部）
７・・・電極
８、１１６・・・ポリシリコン膜（透光性導電膜）
１０・・・アノード電極
１０ａ、１１ａ・・・端子
１１・・・カソード電極
１２・・・増幅器
１３・・・保護膜
１４、１５・・・シリコン酸化膜
１６・・・窒化シリコン膜
１７・・・フォトレジスト膜
２０、１００・・・半導体受光素子
３０・・・半導体装置
１１３・・・半導体基板
１１３ａ・・・受光部
１１４、１１４ａ・・・絶縁膜
【図１】
2013016714.tif 000003
【図２Ａ】
2013016714.tif 000004
【図２Ｂ】
2013016714.tif 000005
【図２Ｃ】
2013016714.tif 000006
【図２Ｄ】
2013016714.tif 000007
【図２Ｅ】
2013016714.tif 000008
【図２Ｆ】
2013016714.tif 000009
【図２Ｇ】
2013016714.tif 000010
【図２Ｈ】
2013016714.tif 000011
【図３】
2013016714.tif 000012
【図４】
2013016714.tif 000013