(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度第１導電型基板と、この基板の一方の面に形成された低濃度第１導電型エピタキシャル層と、このエピタキシャル層内に形成された、受光部となる１つの第２導電型拡散層と、この拡散層上および基板の他方の面または前記拡散層上および拡散層以外のエピタキシャル層上に設けられたカソード電極およびアノード電極と、高濃度第１導電型基板に絶縁状態でダイボンドされ、アノード電極に接続され、かつ接地されたもう一つの基板と、エピタキシャル層上で、第２導電型拡散層を構成する領域の外周または内周にカソード電極またはアノード電極に平行に設けられ、カソード電極およびアノード電極とは接触しないで、かつカソード電極と共に一対の信号線を介して差動アンプにそれぞれ接続することによりノイズを相殺可能な第３の電極とを備えたフォトダイオード。
【請求項２】
アノード電極またはカソード電極が、第２導電型拡散層を構成する領域で、第３の電極の内側に沿って設けられた請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項３】
アノード電極が、第２導電型拡散層を構成する領域で、第３の電極の内側に沿い、カソード電極がエピタキシャル層上で、第３の電極の外側に沿ってそれぞれ設けられた請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項４】
カソード電極が、第２導電型拡散層を構成する領域で、第３の電極の内側に沿い、アノード電極がエピタキシャル層上で、第３の電極の外側に沿ってそれぞれ設けられた請求項１に記載のフォトダイオード。
【請求項５】
第2導電型拡散層上に窒化シリコン層をさらに備え、第3の電極が、前記窒化シリコン層上に設けられ、第２導電型拡散層がＰ型拡散層である請求項１〜４のいずれか一つに記載のフォトダイオード。
【請求項６】
第３の電極が、その面積を、第３の電極とＰ型拡散層との間の窒化シリコン層によってできる接合容量が、アノード電極とカソード電極との間の容量と、基板ともう１つの基板との間に形成される絶縁層によってできる容量との和に等しくなるように設定してなる請求項１〜５に記載のフォトダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードに関するもので、特に高速でかつノイズに強いＩｒＤＡ受信装置を作るのに適したフォトダイオードの構造および組み立て方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｒＤＡ（赤外線無線通信）は、コンピュータ及びその周辺機器、携帯電話、電子キー等で用いられる有用なデータ通信方法で、これに用いられる受信装置は高速応答が必要であり、かつコンピュータ機器等から発せられる電磁ノイズに強いことが要求される。
【０００３】
従来のＩｒＤＡ用フォトダイオードは図１０の平面図及び図１１の断面図に示すように、Ｎ+型基板１にＮ-エピタキシャル層２を形成し、該エピタキシャル層にフォトダイオードの受光部となるＰ型拡散層３が形成されており、該Ｐ型拡散層の周囲を取り囲むようにＮ型拡散層４がチャンネルストッパーとして形成されている。チップ表面は酸化膜５で覆われ、該酸化膜の一部にコンタクト孔が設けられ、アノード電極となるＡｌ電極６が形成されている。更に裏面にカソード電極となるＡｕ電極９が形成された構造である。ＩｒＤＡの場合受信距離が数１０ｃｍ〜数ｍの幅広い範囲で使われ、信号レベルが大きく変わる上にコンピュータ機器からの電磁ノイズの影響により、従来の構造では誤作動するという不具合が生じている。
【０００４】
この対策として特開平１１−２９８０３３号で提案されているようにチップ表面に分散型の拡散を行い、その拡散間をつなぐ電極と対向するようにダミーの電極を設け、分散型のフォトダイオードの信号とダミーの電極の信号を差動アンプで相殺するフォトダイオードが作られている。
【０００５】
この構造のフォトダイオードは、図１２の平面図及び図１３の断面図に示すように、Ｐ+型基板１ＡにＰ-エピタキシャル層２Ａを形成し、該エピタキシャル層にフォトダイオードの受光部となるＮ型拡散層３Ａが複数の島状に形成され、該島状の受光部をカソード電極であるＡｌ配線６Ａをくし型につないでいる。さらに該くし型Ａｌ配線の間には対向するように別のＡｌ配線７がダミー電極として設けられている。このダミー電極のＡｌ配線はアノード、カソードとは電気的に分離されており、外部からノイズが入った場合、カソード電極６Ａと該くし型Ａｌ配線のダミー電極７では同じノイズをひろうのでこのフォトダイオードと接続されたＩＣ等の差動アンプの入力にこの２つの信号を入れることでノイズ成分を除去することができる。また、このフォトダイオードの裏面はＡｕ電極９が設けられており、該Ａｕ電極の電位を接地電位にすることで耐ノイズ性を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の耐ノイズ性を改善したフォトダイオードではＡｌ電極でチップ表面を対向された２つのＡｌ電極で覆われるため、受光面積が減り、同じチップサイズでは信号成分が低下するのでＳＮ比が悪くなるという耐ノイズ性改善には逆効果になることがある。また、ＩｒＤＡの場合、光がチップ全体に当たるのでチップ周辺部で発生した光電流が受光部に到達するまでの時間がかかるため、応答速度が遅いという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高濃度第１導電型基板と、この基板の一方の面に形成された低濃度第１導電型エピタキシャル層と、このエピタキシャル層内に形成された、受光部となる１つの第２導電型拡散層と、この拡散層上および基板の他方の面または前記拡散層上および拡散層以外のエピタキシャル層上に設けられたカソード電極およびアノード電極と、高濃度第１導電型基板に絶縁状態でダイボンドされ、アノード電極に接続され、かつ接地されたもう一つの基板と、エピタキシャル層上で、第２導電型拡散層を構成する領域の外周または内周にカソード電極またはアノード電極に平行に設けられ、カソード電極およびアノード電極とは接触しないで、かつカソード電極と共に一対の信号線を介して差動アンプにそれぞれ接続することによりノイズを相殺可能な第３の電極とを備えたフォトダイオードを提供する。
【０００８】
本発明においては、第３の電極が、アノード電極またはカソード電極とは電気的に絶縁され、かつフォトダイオード上の周辺部に、つまり低濃度第１導電型エピタキシャル層上で、第２導電型拡散層を構成する領域の外周または内周に、好ましくは遮光可能に覆って形成される。
この第３の電極は、当該分野で通常採用されるアノード電極やカソード電極などの電極の形成と同様の方法で形成できる。本発明では、フォトダイオード上の周辺部を遮光するために、好ましくはＡｌ，Ｃｕ，ＡｌとＣｕの合金，ＡｌとＣｕの積層物などのメタルを、所定の厚み、例えばＡｌの場合、１〜３μｍで用いることができる。
【０００９】
すなわち、本発明は、フォトダイオード上の周辺部に、その周辺部を遮光可能に覆う第３の電極（ダミー電極）を設けているので、高速で、ノイズに強く、幅広い距離で誤動作しないフォトダイオードを提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るフォトダイオードの実施の形態を図によって説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
[実施の形態１]
図１は本発明に係るフォトダイオードの一つの実施の形態１を示す平面構造図、図２はその断面構造図である。
図１および２において、フォトダイオードP１は、高濃度第１導電型基板としての高濃度N+型基板1と、この基板の上面に形成された低濃度第1導電型エピタキシャル層としての低濃度N-型エピタキシャル層2と、このエピタキシャル層内に形成された、受光部となる第2導電型拡散層としてのＰ型拡散層３と、このＰ型拡散層の外側、つまりエピタキシャル層２内の周辺部に形成されたＮ型拡散層４とを備えている。
【００１１】
以上の構成は、まず高濃度N+型基板1に、低濃度N-型エピタキシャル層2を形成し、次いでこのエピタキシャル層２内に、Ｐ型拡散を行いボロン拡散層3を形成し、このＰ型拡散層3の外側にリン拡散を行い、チャンネルストッパーとしてのＮ型拡散層４を形成する。
そしてこのような構成のチップ（フォトダイオードＰ１）の表面は、酸化膜5で覆われ、その上にＡｌによるアノード電極６とカソード電極８とが形成されている。
【００１２】
而して７は、チップ周辺部、すなわちＮ型拡散層４とエピタキシャル層２の境界部分を覆うように、アノード電極6およびカソード電極８とは電気的に分離して形成されたダミー電極である。
このダミー電極７は、酸化膜５上にスパッタリングなどにより導電性材料のＡｌの層を形成し、ＢＣｌ3，Ｃｌ2などを用いてウェットエッチング（リン酸またはＡｌエッチャント）によりＡｌの層を残してパターニングし、他のアノード電極６およびカソード電極8と同時に形成できる。
【００１３】
そして、得られたフォトダイオードＰ１は、図9に示すように、もう一つの基板11の上に絶縁ペースト12を用いてダイボンドし、アノード電極6からもう一つの基板11へワイヤーボンディングを行う。これらもう一つの基板１１およびアノード電極６の電位は接地電位とし、カソード電極8とダミー電極7からは、図示を省略するが、差動アンプの入力にワイヤーボンディングを行う。ノイズは平行に張られたワイヤーをアンテナとして、カソード電極8と、ダミー電極7に入るのでそれを差動アンプで相殺することと、光電流が発生するエピタキシャル層2を接地電位のＰ型拡散層3ともう一つの基板11でシールドすることでノイズに対して強くすることができる。
【００１４】
[実施の形態２]
図3は本発明に係るフォトダイオードの実施の形態２を示す平面構造図、図４はその断面構造図である。
図３および４において、フォトダイオードP２は、高濃度第１導電型基板としての高濃度N+型基板２1と、この基板の上面に形成された低濃度第1導電型エピタキシャル層としての低濃度N-型エピタキシャル層2２と、このエピタキシャル層内に形成された、受光部となる第2導電型拡散層としてのＰ型拡散（ボロン拡散）層２３と、このＰ型拡散層の外側、つまりエピタキシャル層２２内の周辺部に形成されたチャンネルストッパーとしてのＮ型拡散（リン拡散）層２４とを備えている。そしてこのような構成のチップ（フォトダイオードP２）の表面は、酸化膜２5で覆われ、その上に、Aｌによるアノード電極２６と、ダミー電極２７と、カソード電極２８とがいずれもリング状に内側から順に形成されている。
【００１５】
すなわち、ダミー電極２７は、実施の形態１の場合と同様に、チップの周辺部、つまり拡散層２４とエピタキシャル層２２の境界部分を覆うように、かつアノード電極２6およびカソード電極２８とは電気的に分離して形成されている。かくして、このチップ周辺部の電極構造の特徴は、ダミー電極２７を、アノード電極２６とカソード電極２８とが挟み込むように形成されていることであり、このようにすることでカソード電極２８とダミー電極２７とが、チップのどの方向からくるノイズに対しても同じように拾うので、実施の形態1に加えてノイズに強くなる。
【００１６】
[実施の形態３]
図５は本発明に係るフォトダイオードの実施の形態３を示す平面構造図、図６はその断面構造図である。
図５および６において、フォトダイオードP３は、高濃度第１導電型基板としての高濃度P+型基板３1Ａと、この基板の上面に形成された低濃度第1導電型エピタキシャル層としての低濃度Ｐ-型エピタキシャル層３２Ａと、このエピタキシャル層内に形成された、受光部となる第2導電型拡散層としてのＮ型拡散（リン拡散）層３３Ａと、このＮ型拡散層の外側、つまりエピタキシャル層３２内の周辺部に形成されたチャンネルストッパーとしてのＰ型拡散（ボロン拡散）層３４Ａとを備えている。そしてこのような構成のチップ（フォトダイオードP３）の表面は、酸化膜３５で覆われ、その上に、Aｌによるアノード電極３８Ａと、ダミー電極３７と、カソード電極３８とがいずれもリング状に内側から順に形成されている。
【００１７】
すなわち、ダミー電極３７は、実施の形態２の場合と同様に、チップの周辺部、つまりＰ型拡散層３４とエピタキシャル層３２の境界部分を覆うように、かつアノード電極３８Ａおよびカソード電極３６Ａとは電気的に分離して形成され、さらにダミー電極３７を、アノード電極３８Ａとカソード電極３６Ａとが挟み込むように形成され、同じ効果を得ることができる。
【００１８】
また、基板３１ＡはP型であるが、N型の場合と同じ効果が得られる。しかし、N型基板の方が、エピタキシャル層が同じ濃度の場合、ライフタイムが長いので光電流が大きくなり、かつエピタキシャル層の上部も接地電位にすることができるため耐ノイズ特性に対してより有効である。
【００１９】
[実施の形態４]
図７は本発明に係るフォトダイオードの実施の形態４を示す平面構造図、図８はその断面構造図である。
図７および８において、フォトダイオードP４は、高濃度第１導電型基板としての高濃度N+型基板４1と、この基板の上面に形成された低濃度第1導電型エピタキシャル層としての低濃度N-型エピタキシャル層４２と、このエピタキシャル層内に形成された、受光部となる第2導電型拡散層としてのＰ型拡散（ボロン拡散）層４３と、このＰ型拡散層の外側、つまりエピタキシャル層４２内の周辺部に形成されたチャンネルストッパーとしてのＮ型拡散（リン拡散）層４４とを備えている。
【００２０】
そしてこのような構成のチップ（フォトダイオードＰ４）の表面は、酸化膜４5を形成した後、その酸化膜４５を周辺部を除いて剥離し、剥離されて露出したＰ型拡散層４３上に減圧化学的気相成長法（LPCVD）で窒化膜５０を形成する。
その上に、Ａｌによるアノード電極４６とダミー電極４７とが形成され、チップの周辺部に残った酸化膜４５上にカソード電極４８がその酸化膜４５に沿って形成される。
【００２１】
かくして、窒化膜は反射防止膜として知られており、チップ表面の反射率を低減でき、感度を上げ、８０〜１００ｎｍの厚みで膜厚を制御できるので光電流のバラツキも低減できる。また、窒化膜上にダミー電極４７を形成することで窒化膜容量をつけることができる。アノード電極、カソード電極間には、接合容量がつくが、図１〜６の構成は、ダミー電極４７が酸化膜上に形成されるため、アノード電極とダミー電極との間の容量は上述の接合容量に比べて、小さくなる。通信距離を長くするため、受光面積を増やすと接合容量が大きくなるので、アノード電極、カソード電極間のノイズが大きくなり、アノード電極とダミー電極間のノイズとのバランスが崩れるので耐ノイズ性が低下する。是に対して窒化膜が絶縁耐圧が酸化膜より高く、薄くできることと誘電率が酸化膜より大きいので、容量得オ大きくでき、接合容量とほぼ同じ容量を得ることができる。このようにしてダミー電極とアノード電極間の容量を接合容量と同じにすることでノイズの大きさが同じになり差動アンプでノイズをキャンセルすることができる。
【００２２】
以上のごとく、本発明によれば、チップ周辺部をアノード、カソードと電気的に分離したメタルで覆い、遮光するとともにそのメタルとカソードに図１３に示すようにワイヤーボンディングし、２つの信号を差動アンプで増幅することで、ノイズをキャンセルさせ、信号のみを取り出すようにしているので、チップ周辺部で光電流を発生させない構造のため、応答速度の低下を防止できる。耐ノイズ性を改善した従来のフォトダイオードのようにくし型に配線をしないため、受光部をメタルで覆わないので、信号成分を減らすことはない。またチップ周辺部でカソードとダミーの配線が平行しているため、どの方向からきたノイズも同じようにひろい、差動アンプにこの２つの信号を入れてキャンセルすることでノイズに対して強くすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、フォトダイオード上の周辺部に、第３の電極（ダミー電極）を設けているので、高速で、ノイズに強く、幅広い距離で誤動作しないフォトダイオードを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトダイオードの一つの実施の形態１を示す平面構造図である。
【図２】図１の断面構造図である。
【図３】本発明に係るフォトダイオードの実施の形態２を示す平面構造図である。
【図４】図３の断面構造図である。
【図５】本発明に係るフォトダイオードの実施の形態３を示す平面構造図である。
【図６】図５の断面構造図である。
【図７】本発明に係るフォトダイオードの実施の形態４を示す平面構造図である。
【図８】図７の断面構造図である。
【図９】図１のフォトダイオードのアセンブリ形態を示す斜視図である。
【図１０】従来例を示す図１相当図である。
【図１１】図１０の従来例を示す図２相当図である。
【図１２】もう一つの従来例を示す図１相当図である。
【図１３】図１２の従来例を示す図２相当図である。
【符号の説明】
１：Ｎ+型基板
１Ａ：Ｐ+型基板
２：Ｎ-エピタキシャル層
２Ａ：Ｐ-エピタキシャル層
３：Ｐ型拡散層
３Ａ：Ｎ型拡散層
４：Ｎ型拡散層
４Ａ：Ｐ型拡散層
５：絶縁膜
６：アノード電極
６Ａ：カソード電極
７：ダミー電極
８：カソード電極
８Ａ：アノード電極
９：カソード裏面電極
９Ａ：アノード裏面電極
１０：窒化膜
１１：基板
１２：絶縁ペースト
【図１】
0003807954.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003807954.tif 000009
【図９】
0003807954.tif 000010
【図１０】
0003807954.tif 000011
【図１１】
0003807954.tif 000012
【図１２】
0003807954.tif 000013
【図１３】
0003807954.tif 000014