JP6194524B2 - ノイズ電流を抑制したフォトダイオード及びそれを形成する方法 - Google Patents
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d1=[εVNa/{eNd(Nd+Na)}]1/2
t=[εVNd/{eNa(Nd+Na)}] 1/2
n側、p側の濃度が小さいほど空乏層幅(深さ)d1、tが大きくなるので、pウエルを形成することによって、全体の空乏層幅d1+tは大きくなり、空乏層によって捕獲できるキャリアが増大する。
13・・・n型エピタキシャル層、14・・・pウエル、15・・・第1p型領域、
16・・・第2p型領域、17・・・高濃度n型領域、18・・・空乏層、
19・・・空乏層、20・・・チップ端面
Claims (9)
- 高不純物濃度を有するn型シリコン半導体基板上にエピタキシャル成長した低不純物濃度を有するn型シリコンエピタキシャル層を形成したシリコン半導体チップにおいて、前記n型シリコンエピタキシャル層の表面側にフォトダイオードを構成する高不純物濃度のp型領域(第1p型領域)を有し、
前記第1p型領域を取り囲み、前記シリコン半導体チップの端面から離間してチップ周辺領域において前記n型シリコンエピタキシャル層よりも浅くかつ前記n型シリコンエピタキシャル層の表面側に形成された低不純物濃度のpウエル、および前記pウエル内の表面側に形成された高不純物濃度のp型領域(第2p型領域)を有し、
前記第2p型領域と前記n型シリコン半導体基板とは、前記pウエルと前記n型シリコンエピタキシャル層とのpn接合に生じる空乏層が前記n型シリコン半導体基板に達するように逆バイアスに印加され、前記シリコン半導体チップの端面からの入射光により前記シリコン半導体チップの周辺部のn型シリコンエピタキシャル層で発生したキャリアを前記逆バイアスによって生じた前記空乏層により除去し、フォトダイオードのノイズ電流を抑制することを特徴とするフォトダイオード。
- 高不純物濃度を有するn型シリコン半導体基板のn型不純物濃度は1018/cm3以上であり、n型シリコンエピタキシャル層のn型不純物濃度は1015/cm3以下であり、pウエルのp型不純物濃度は1015〜1017/cm3であり、第1p型領域のp型不純物濃度は1018/cm3以上であることを特徴とする請求項1に記載のフォトダイオード。
- 前記第1p型領域を取り囲み、前記シリコン半導体チップの端面から離間して、チップ周辺領域において前記n型シリコンエピタキシャル層よりも浅いトレンチを有し、前記トレンチの下部に前記pウエルおよび前記p型領域(第2p型領域)が存在することを特徴とする、請求項1または2に記載のフォトダイオード。
- 前記トレンチの深さをk、前記トレンチ底部からの前記pウエルの深さをh、前記pウエルの底から前記n型エピタキシャル層側の空乏層深さをd、前記n型シリコンエピタキシャル層の厚みをmとしたとき、
m≦k+h+dであることを特徴とする請求項3に記載のフォトダイオード。
- 前記トレンチ内には充填した導電体膜が存在し、前記導電体膜を通してpウエルに逆バイアス電圧を印加することにより、前記pウエルと前記n型エピタキシャル層とのpn接合に空乏層が生じることを特徴とする請求項3または4に記載のフォトダイオード。
- 高濃度のn型シリコン基板上に低濃度のn型エピ層をエピタキシャル成長する工程、
pウエルを形成すべき部分にp型イオンをイオン注入して、p型不純物イオン注入層を形成する工程、
熱処理を行ないp型不純物イオン注入層からp型不純物を拡散させ、pウエルを形成する工程、
第1p型領域および第2p型領域を形成すべき部分において、p型イオンをイオン注入し、第1p型不純物イオン注入層および第2p型イオン注入層を形成する工程、および
活性化熱処理および/または拡散用熱処理を行ない、第1p型領域および第2p型領域を形成する工程、
を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかの項に記載のフォトダイオードを形成する方法。
- 高濃度のn型シリコン基板上に低濃度のn型エピ層をエピタキシャル成長する工程、
pウエルを形成する領域においてトレンチを形成する工程、
トレンチの底部およびトレンチ側壁側面にトレンチ開口部を通して、pウエル形成用のp型不純物イオンをイオン注入し、トレンチの底部および側壁側面にp型イオン注入層を形成する工程、
熱処理を行ない、p型不純物イオン注入層からp型不純物を拡散させ、pウエルを形成する工程、
第1p型領域および第2p型領域を形成すべき部分において、トレンチの底部およびトレンチ側壁側面にトレンチ開口部を通して、p型イオンをイオン注入し、第1p型不純物イオン注入層および第2p型イオン注入層を形成する工程、および
活性化熱処理および/または拡散用熱処理を行ない、第1p型領域15および第2p型領域を形成する工程、
を含むことを特徴とする、請求項3〜5のいずれかの項に記載のフォトダイオードを形成する方法。
- pウエル形成用のイオン注入、並びに第1p型領域および第2p型領域形成用のイオン注入は回転イオン注入を用いて行なうことを特徴とする、請求項7に記載のフォトダイオードを形成する方法。
- トレンチ開口部内を導電体膜で充填する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項7または8に記載のフォトダイオードを形成する方法。
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